0Cr18Ni9Cu3型奥氏体不锈钢化学成分对焊缝质量的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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无锡不锈钢因其良好的耐腐蚀性、较高的塑性和韧性而广泛应用于机械、石油、化工、食品、医药等行业。在发达国家，每年消耗的不锈钢中约有70%是奥氏体不锈钢，在国内，奥氏体不锈钢的消耗量达到了无锡不锈钢总消耗量的65%。
18-8型奥氏体不锈钢是奥氏体不锈钢中具有代表性的系列，该类钢材具有较好的耐腐蚀性能、耐热性能、力学性能和焊接性能，便于进行机械、冲压和焊接加工。以0Cr18Ni9Cu3奥氏体不锈钢为例，分析了钢材中主要化学成分及其他组织成分的存在形式、存在机理和化学成分对钢材性能的影响。
在0Cr18Ni9Cu3奥氏体不锈钢中ω(C)≤0.08%，由于C的存在，焊接时可导致在焊缝金属的晶界与亚晶界处产生晶间腐蚀，最终导致产生焊接裂纹。产生晶间腐蚀的原因是奥氏体不锈钢在450～850℃时，过饱和的C向奥氏体晶粒边界扩散，并与晶界处的Cr化合形成碳化铬。由于Cr在奥氏体中的扩散速度小于C的扩散速度，使得晶界处的Cr得不到及时补充，造成奥氏体边界处贫Cr富C。
Si在不锈钢中起脱氧作用，可有效去除焊缝中的有害气体，防止气孔和氧化物的生成。当ω(Si)为0.10～0.30%时，能起到细化晶粒的作用，在一定范围内使钢材强度提高，而塑性和韧性等有所降低；当ω(Si)＜1%时，则会使钢材变脆，可焊性和抗锈蚀性能降低，但随着ω(Si)的提高，奥氏体不锈钢对浓硝酸的耐腐蚀能力会有所提高。
Mn具有很好的脱氧作用，奥氏体不锈钢中加入较多的Mn，在某种程度上可减少Ni的含量，起到降低成本的作用。但Mn具有固溶处理后提高焊缝抗拉强度和冷加工硬化的作用，同时Mn可促进奥氏体晶粒的长大，粗大的晶粒组织会降低材料的塑性和韧性，这意味着焊缝金属抵抗外界冲击载荷的能力降低。
在热加工过程中，S与Fe将会形成低熔点的化合物FeS及FeS-Fe共晶体，在焊接时，这些共晶物首先成为液态流失，在随后的冷却过程中受收缩拉应力的作用发生热开裂，形成热影响区液化裂纹。P具有强烈的固溶强化作用，使钢材的强度和硬度增加，但塑性和韧性则显著降低，这种脆化现象在低温时更为严重，故称为“冷脆”。
Cr是奥氏体不锈钢中的主要合金元素，是各种添加元素中含量最高的，无锡不锈钢之所以能够抗腐蚀，是由于Cr的存在。同时，Cr还可防止奥氏体不锈钢及合金中由于Ni含量提高而容易出现晶间型应力腐蚀的倾向。Ni是形成奥氏体钢的决定性元素。焊缝金属中Ni的质量分数提高，则焊缝金属可成为稳定的奥氏体组织，马氏体脆化层随之减少，焊缝金属的力学性能得到了改善。Ni还可提高钢材的韧性和延展性，使之更易于加工、制造和焊接。
Cu除了可以提高钢材的耐酸碱性外，还可降低钢材的冷加工硬化率，改善冷顶镦和冷成形性能，提高焊缝的耐腐蚀能力，尤其是耐盐雾腐蚀的能力。
除上述元素外，奥氏体不锈钢中还存在如N、稀土等微量元素，这些元素对无锡不锈钢的性能都会产生不同程度的影响。当多种元素共存于无锡不锈钢这个统一体中时，其影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且还要注意其相互间的影响。